Рецептурные приемы повышения эффективности неавттоклавного цементного пенобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рецептурные приемы повышения эффективности неавттоклавного цементного пенобетона

Страхов Александр Владимирович, Багапова Диана Юрьевна, Авилова Александра Владимировна

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Аннотация

Изделия на основе ячеистых бетонов являются высокоэффективными строительными материалами, отвечающими современным требованиям по энергоэффективности и энергосбережению. Неавтоклавный пенобетон обладает весьма нестабильными эксплуатационными свойствами ввиду сложного протекания процессов структурообразования зависящего от множества факторов. В статье рассматриваются рецептурные приемы повышения эффективности безавтоклавного цементного пенобетона.

Ключевые слова: ячеистый бетон, неавтоклавный пенобетон, стуктоообразование, технический углерод.

RECIPE RECEPTIONS FOR INCREASING EFFICIENCY OF NON-AUTOCLAVE CEMENT FOAM CONCRETE

Strahov Aleksandr Vladimirovich1, Bagapova Diana YUr'evna2, Avilova Aleksandra Vladimirovna3

Saratov State Technical University named after Gagarin YU.A.1,2,3

Abstract. Products based on cellular concrete are highly effective building materials that meet modern requirements for energy efficiency and energy saving. Non-autoclaved foam concrete has very unstable operational properties due to the complex process of structure formation depending on many factors. The article discusses prescription techniques to improve the effectiveness of non-autoclaved cement foam concrete.

Key words: cellular concrete, non-autoclaved foam concrete, stucco-formation, technical carbon.

Ячеистые бетоны давно зарекомендовали себя на рынке как высокоэффективные строительные материалы. Применение ячеистых бетонов особенно актуально, когда ощущается острый дефицит в энергоносителях. Создание новых строительных материалов, отвечающих поставленным требованиям по энергосбережению, а также проектирование и возведение зданий и сооружений на их основе активно развивающееся направление.

Наиболее эффективными материалами, применяемыми в ограждающих конструкциях, являются штучные изделия на основе пенобетона. На ряду с такими несомненными преимуществами неавтоклавного пенобетона как: его малая энергоемкость и доступность технологии производства, высокая огнестойкость, экологическая безопасность, биостойкость, а также высокая степень сходства физико-химических свойств ячеистого бетона со смежными материалами, используемыми в ограждающих конструкциях (кирпич, бетон, другие каменные материалы), имеются все же и недостатки. [1]

Например, небольшие размеры изделий из теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного пенобетона объясняются относительно большой величиной усадки материала но время твердения. Особенно опасна влажностная составляющая усадочных деформаций твердеющего пенобетона, так как технология изготовления материала предопределяет необходимость введения в его состав большого количества воды. Влажностная усадка представляет собой испарение влаги из пенобетона, в этот момент цементный камень сокращается в объеме, что приводит к уменьшению размеров изделий и образованию трещин на поверхности, что в дальнейшем влияет на прочностные и теплофизические характеристики. [1,2]

Эксплуатационные свойства пенобетона и изделий, изготовленных из него, зависят в первую очередь от структуры межпористых перегородок и порового пространства. Контроль процесса структурообразования в пенобетоне предполагает контроль большого количества зависящих друг от друга параметров, таких как качество используемых сырьевых материалов, состав сырьевой смеси и водоцементное отношение, реологические свойства бетонной смеси и т. д. [2]

Реальные условия структурообразования в пенобетоне сильно отличаются от оптимальных, что в дальнейшем приводит к образованию дефектов. Пенобетонная смесь после укладки в формы подвергается постоянно меняющемуся напряжению. Газовая фаза пенобетонной смеси находится внутри матрицы вяжущего и заполнителя, которая отсоединяется слоями воды толщиной (5-15)*10-7 м. Обеспечение постоянной толщины водного слоя, как и плавного перехода воды из физического состояния в химически связанное состояние практически невозможно. Изменение толщины водной пленки вокруг частиц твердой фазы связано с развитием процессов гидратации и седиментации, характерных для трехкомпонентных диспергированных цементных систем. [3]

Структуру пенобетона следует рассматривать как ячеистую структуру с равномерно распределенными порами в виде полидисперсных, закрытых правильных многогранников с глянцевой поверхностью, которые между собой разделены тонкой, плотной и однородной межпоровой перегородкой. [4]

Для получения такой оптимальной клеточной структуры необходимо оптимизировать однородность распределения пористости в объеме материала.

Экспериментальные исследования по установлению закономерностей влияния различных технологических приемов управления процессом структурообразования в основном направлены на: разработку и корректировку состава (рис. 1), технологию приготовления пенобетонной смеси и технологию изготовления самих изделий.

ячеистый пенобетон неавтоклавный поровый

Рисунок 1. Рецептурные методы повышения эффективности пенобетона

Повышения физико-механических характеристик изделий на основе пенобетона можно добиться за счет направленного изменения структуры матрицы модификаторами различного происхождения.

Применения в составе пенобетонной смеси полых керамических микросфер повышает однородность смеси во времени и препятствует ее расслоению. Такие пенобетоны не требуют обязательного использования высокомолекулярных полимерных стабилизирующих добавок. Диапазон размеров находится в пределах 40 - 100 мкм. Свойства пенобетонов с керамическими микросферами выгодно отличаются от аналогичных составов по более высокой прочности и трещиностойкости, при этом сохраняя низкую среднюю плотность и теплопроводность. [5]

Высокую эффективность модификации строительных композитов добиваются при помощи введение углеродных нанотрубок. Введение дисперсии углеродных нанотрубок приводит к структурированию цементной матрицы с образованием плотной бездефектной оболочки с морфологией кристаллогидратов, ориентированных вертикально к поверхности твердой фазы. [6]

Применение пиролизной сажи также повышает прочность при сжатии, снижает коэффициент теплопроводности и позволяет повысить водостойкость изделий. Пиролизная сажа, полученная путем сжигания резинотехнических изделий без доступа кислорода, является твердым углеродистым порошком с размерами частиц в диапазоне 10-3-10-6 мм (рис. 2). Высокая дисперсность частиц пиролизной сажи также положительно влияет на формирование замкнутых сферических пор, что позволяет решить вторую поставленную задачу по уменьшению коэффициента теплопроводности без увеличения средней плотности пенобетона. Помимо повышения прочности при сжатии и уменьшении коэффициента теплопроводности, использование пиролизной сажи, позволяет повысить водостойкость пенобетона за счет гидрофобных свойств частиц пиролизной сажи, а также позволяет расширить сырьевую базу и решить экологическую проблему утилизации данного вида отходов. [7]

Рисунок 2 - Гранулометрический состав технического углерода

Положительный эффект от применения технического углерода достигается размерами дисперсности его частиц, из рисунка 2 видно что технический углерод содержит в себе более 50% частиц с размером 10-50 мкм. Частицы при механическом взаимодействии с пеной равномерно распределяются по всему объему пенобетонной смеси, частицы технического углерода с частицами цементного геля и цементно-песчаного раствора образуют жесткий каркас, способный стабильно сохраняться длительное время. [8]

В таблице 1 приведены составы пенобетонной смеси и результаты испытаний физико-механических характеристик пенобетона на ее основе. [7]

Таблица 1

Физико-механические характеристики пенобетона, структурированного техническим углеродом

Рисунок 2. Фото структуры образцов пенобетона различных составов

а) контрольный образец; б) состав 1; в) состав 2; г) состав 3;

Как видно из косвенных характеристик пенобетона (средняя плотность, предел прочности при сжатии, коэффициент теплопроводности из таблицы 1) и фото структуры образцов различных составов формирование равномерной ячеистой структуры с применением технического углерода является весьма эффективным. Можно предположить, что частицы технического углерода служат центрами кристаллизации гидросиликатов кальция и стимулируют процессы структурообразования в твердеющей цементной матрице, что нельзя сказать о контрольном образце. Наряду с этим дополнительно уплотняются и упрочняются стенки пор в пенобетоне за счет механического упрочнения пленок пены частицами твердой фазы.

Библиографический список

1. Прошин Л.П. Пенобетон (состав, свойства, применение) /А.П. Прошин, В.А. Береговой. Л.Л. Краснощеков, A.M. Береговой - Пенза: ПТУ АС, 2003. - 162 с.

2. Ружинский С., Портик А., Савиных А. Всё о пенобетоне. Изд. 2-е. СПб.: ООО «Стройбетон», 2006. 627 с

3. Моргун Л В, Ильиных В А, Моргун В Н Новый материал для строительства зданий// Вестник БГТУ им В Г Шухова - 2003 - №4 - С 111 -114

4. Сажнев Н.П. Технология производства ячеистобетонных изделий. Теория и практика Минск: Стрикино, 1999. - 288 с.

5. Патент РФ №2507182 от 20.02.2012 «СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОБЕТОНА»

6. Хрусталёв Б.М., Леонович С.Н., Якимович Б.А., Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Полянских И.С., Пудов И.А., Хазеев Д.Р., Шайбадуллина А.В., Гордина А.Ф., Али Э.С.М., Керене Я. Дисперсии многослойных углеродных нанотрубок в строительном материаловедении // Наука и техника. 2014, № 1.- С. 44-52.

7. Патент РФ №2591996 от 20.07.2016 «СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОНА»

8. Иващенко Ю. Г., Страхов А. В., Линькова Д. Ю.Исследование стабилизаторов для цементного пенобетона. // Наука, Техника, Инновации 2014 : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф., г. Брянск, 25-27 марта 2014 г.. 2014. С. 166-172

Размещено на Allbest.ru